摘要:超超临界燃煤发电机组具有煤耗低、技术含量高、环保性能好、节约资源的特点,必将是今后我国火电机组的发展方向。本文着重介绍HARSVERT-A多电平型高压变频器助力华能营口电厂600MW超超临界机组凝结水泵变频节能增效情况,结果表明,采用HARSVERT-A多电平型高压变频器对凝结水泵进行调速节能改造,具有投资省、见效快等特点。
关键词:超超临界、凝结水、变频器、密闭冷却
一、引言
华能营口电厂位于辽宁营口经济技术开发区,电厂北边紧邻勃海,西南与营口港仅一墙之隔,为北方典型的海滨港口电厂。电厂二期工程为哈尔滨汽轮机厂两台600MW超超临界燃煤发电机组,分别于2007年8月31日和2008年10月14日移交生产。自投产以来,机组各项运行指标良好。
3#机组600MW汽轮机配置2台100%容量的立式双吸多级离心式凝泵,由定速电动机驱动。运行方式为一台运行,一台备用。采用凝结泵定速运行,系统存在以下问题:
1.阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低,造成能源的浪费。
2.当流量降低阀位开度减小时,调整阀前后压差增加,工作安全特性变坏,压力损失严重,造成能耗增加。
3.长期40~70%低阀门开度,加速阀体自身磨损,导致阀门控制特性变差。
4.管网压力过高威胁系统设备密封性能,严重时导致阀门泄漏,不能关严等情况发生。
5.设备使用寿命短、日常维护量大,维修成本高,造成各种资源的极大浪费。
解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术,利用高压变频器对凝结泵电机进行变频控制,实现供除氧器水流量的变负荷调节。这样,不仅解决了控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点,而且提高了系统运行的可靠性;更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压流损失,减轻了控制阀的磨损,降低了系统对管路密封性能的破坏,延长了设备使用寿命,减少了维护量,改善了系统的经济性,节约能源,为降低厂用电率提供了良好的途径。
随着国家节能减排、建设节约型社会的重要国策深入贯彻实施,以及国产高压变频调速技术的日益成熟,结合华能营口电厂“千家企业节能行动”,将凝结水泵由工频运行改为变频控制已势在必行。汽轮机和凝泵参数见表1-2。
表1:汽轮机规范
序号 | 项目 | 规范 | 单位 | ||
1 | 型号 | CLN600-25/600/600 | |||
2 | 型式 | 超超临界、一次中间再热、单轴、两缸、两排汽、凝汽式 | |||
3 | 额定功率(TRL) | 600 | MW | ||
4 | 最大连续功率(T-MCR) | 624.1 | MW | ||
5 | 阀门全开功率(VWO) | 646.9 | MW | ||
6 | 额定转速 | 3000 | r/min | ||
7 | 主蒸汽压力 | 25 | MPa(a) | ||
8 | 主蒸汽温度 | 600 | ℃ | ||
9 | 再热蒸汽压力(THA) | 4.12 | MPa(a) | ||
10 | 再热蒸汽温度 | 600 | ℃ | ||
11 | 旋转方向 | 从调端看顺时针 | |||
12 | 配汽方式 | 喷嘴 | |||
13 | 回热级数 | 8 | |||
14 | 给水温度(TRL) | 289 | ℃ | ||
15 | 设计冷却水温度 | 20 (夏季最高温度33) | ℃ | ||
16 | 最大允许系统周波摆动 | 48.5~51.5 | Hz | ||
17 | 空负荷时额定转速波动 | ±1 | r/min | ||
18 | 噪音水平 | <85 | dB(A) | ||
19 | 各轴承处轴径双振幅值 | <0.076 | mm | ||
20 | 末级动叶片长度 | 1220 | mm | ||
21 | 调节控制系统型式 | DEH | |||
22 | 高压缸通流级数 | 1+10 | |||
23 | 中压缸通流级数 | 7 | |||
24 | 低压缸通流级数 | 2×5 | |||
25 | 低压缸大气阀动作压力 | 0.3kg/cm2-0.35kg/cm2 | MPa(g) | ||
26 | 盘车转速 | 3 | r/min | ||
27 | 汽轮机总长(包括罩壳) | 21 | m | ||
28 | 汽轮机最大宽度(包括罩壳) | 12 | m | ||
29 | 汽轮机本体重量 | 660 | t | ||
30 | 汽轮机中心距运行层标高 | 15 | m |
表2:凝泵规范
凝结水泵 | 制造厂?? | 沈阳水泵股份有限公司 | |
型号 | 10LDTNB-4PJX | ||
型式 | 立式 | ||
工况 | 最大工况 | 额定工况 | |
扬程 | 302m | 311m | |
出口压力 | 2.96MPa | 3.05MPa | |
转速 | 1480r/min | 1480r/min | |
流量 | 1527m3/h | 1461 m3/h | |
轴功率 | 1477kW | 1472kW | |
汽蚀余量 | 4.4m | 4.2m | |
效率 | 85% | 84% | |
凝泵电机 | 电机制造厂 | 湘潭 | |
电机型号 | YKKL630-4 | ||
电机转速 | 1480 r/min | ||
电机电压 | 6000 V | ||
额定电流 | 209.4A | ||
额定功率 | 1800 kW | ||
功率因数 | 0.93 | ||
旋转方向 | 逆时针(从电机向泵看) | ||
绝缘等级 | F |
二、动力系统方案
经到兄弟电厂调研,结合我厂实际情况,最终确定我厂凝结水系统变频改造采用一拖二手动旁路方案,选用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A型高压变频器。即配备一台高压变频器,通过切换高压隔离开关把高压变频器切换到要运行的凝结水泵上去。高压变频器可以拖动A凝结泵电动机实现变频运行,也可以通过切换拖动B凝结泵电动机实现变频运行。两侧凝结泵电动机均具备工频旁路功能,可实现任意一台电动机的变频运行,另外一台处于工频备用,当高压变频器故障时,系统可联锁另一台工频电机运行。系统原理如图1所示:
图1:凝结水系统变频改造原理图 |
系统基本原理:它是由六个高压隔离开关QS1~QS6组成(见图1)。其中QS2和QS3,QS5和QS6有电气互锁;QS1和QS5,QS4和QS6安装机械互锁装置;QS2和QS5,QS3和QS6有电气联锁。如果两路电源同时供电,A凝泵工作在变频状态,B凝泵工作在工频状态时,QS1和QS3、QS6分闸,QS2、QS4和QS5处于合闸状态;B凝泵工作在变频状态,A凝泵工作在工频状态时,QS2和QS4、QS5分闸,QS1、QS3和QS6处于合闸状态;如果检修变频器,QS1和QS4可以处于合闸状态,其它隔离开关都分闸,两台负载可以同时工频运行;当一路电源检修时,可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。
当A凝结泵变频运行故障跳闸时,系统联锁起动B凝结泵,QF2开关工频运行。当B凝结泵变频运行故障跳闸时,系统联锁起动A凝结泵,QF1开关工频运行。
三、控制系统方案
1.改造原则
凝结水泵变频改造要在保证除氧器水位调节品质不变,并可以在工作泵跳闸、低水压等特殊工况发生时保证机组正常运行前提下进行变频改造。改造利用现有的设备与系统,原来两个水位调节门全开以减小节流损失,当高压变频器跳闸后,备用凝结水泵以工频方式立即启动,将凝结水打至出口母管,以保证在变频器跳闸时除氧器上水的稳定。两个调整门的开度由当前实际负荷计算得出,而且在10秒钟时间内迅速关到指定位置,最低程度减小系统扰动,维持除氧器水位在正常范围内,保证机组运行。
2.实际改造实施情况
变频器的启停通过闭合、断开变频方式下凝结水泵的6kV开关来自动完成,也就是说运行人员在凝泵操作面板上按下“启动”和“停止”按钮,即可完成6kV开关的闭合、断开及变频器的启停控制。由于是一台变频器控制两台凝泵,所以同时只能有一台泵在变频方式下,另一台泵在工频方式,在逻辑中设计了凝泵的变频运行方式和工频运行方式,同时在原系统中分别增加了一套保护和一套联锁,即变频器重故障凝结水泵跳闸保护,变频器重故障备用泵联锁启动。
正常运行时一台凝结水泵变频运行,另外一台凝结水泵工频备用,当变频运行且投入自动,除氧器水位调节门按照一定的速率(减小扰动)强制开到95%的位置,变频器通过输出频率的改变来调整凝结水泵的转速,从而通过控制凝结水泵到除氧器的上水量,保证除氧器水位稳定在运行人员的设定值范围内。当水位发生波动时,通过DCS组态中以凝结水流量、主给水流量、除氧器水位三个参数构成的串级回路,输出转速指令至变频器,调整凝结水泵的上水量,以稳定除氧器水位。
当就地设备发生故障,例如变频器发“重故障报警”或者凝结水泵突然跳闸等故障时,当前凝结水泵的高压合闸开关断开,并闭合另外一台工频备用凝结水泵高压合闸开关,备用泵工频启动。变频器自动切换到“手动”方式,两个调节门自动切换到“自动”方式,当工频泵启动的瞬间,除氧器上水调整门开度仍然在95%位置,凝结水上水量会因此猛增,为防止除氧器水位超过规定值,两个调节门必须在最短的时间内关到合适的位置,所以逻辑设计了在变频器“自动”方式时调门开度实时跟踪实际负荷的变化,一旦变频器由自动切手动,调门在10秒钟时间内强制关到当前负荷要求的开度且投入到“自动”方式运行。这个开度也是工频正常运行时调整门的理想开度值。当调整门关到负荷计算值位置并且稳定后,从而完成整个凝结水变频故障的无扰切换。
四、冷却系统方案
由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失,为保证变频器具有良好的运行环境,需要为变频器配备独立的冷却系统。根据现场的实际情况,综合冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间,针对实际安装位置、发热总量、运营成本、施工费用等因素,此次变频改造采用了强制密闭式冷却方案。
为保障变频设备处于安全运行,避免环境温度和粉尘对设备的不利影响,在变频器功率柜侧独立增加密闭式强制冷却系统。该系统作为变频功率柜外的附属装置,能够保证变频功率柜始终处于25~35℃运行环境,大幅度延长滤网更换周期,减少现场维护量。不需要为变频器再独立建筑房屋,变压器柜采用开放式冷却,强制冷却装置与变频器功率柜一体化设计,附着于功率柜顶部,制冷压缩机组安装于变频器柜附近。强制密闭式冷却系统如图2所示:
图2:强制密闭式冷却系统 |
五、节能效果分析
在不同工况下,凝结水系统改造前后,凝结水泵及电机的实际运行参数如表3:
表3:凝结水泵及电机的实际运行参数
负荷 MW |
主汽压 力Mpa | 主汽流量t/h | 凝泵电流A | 凝泵出口压力Mpa | 凝泵转速 r/min |
凝结水流量t/h | |||||
改前 | 改后 | 差值 | 改前 | 改后 | 改前 | 改后 | 改前 | 改后 | |||
600 | 24.9 | 1807 | 184.2 | 174.9 | 9.3 | 3.09 | 2.53 | 1480 | 1395 | 1450.0 | 1455.0 |
584 | 25.3 | 1729 | 182.4 | 163.0 | 19.4 | 3.12 | 2.54 | 1364 | 1414.8 | 1417.8 | |
570 | 24.7 | 1724 | 182.8 | 162.9 | 19.9 | 3.12 | 2.36 | 1354 | 1418.8 | 1390.6 | |
550 | 25.2 | 1609 | 177.6 | 151.3 | 26.3 | 3.22 | 2.25 | 1302 | 1325.8 | 1325.7 | |
530 | 24.9 | 1579 | 178.9 | 144.4 | 34.5 | 3.17 | 2.17 | 1279 | 1332.8 | 1294.5 | |
500 | 24.7 | 1505 | 172.8 | 134.5 | 38.3 | 3.27 | 1.98 | 1233 | 1246.4 | 1231.5 | |
480 | 24.8 | 1382 | 171.3 | 120.9 | 50.4 | 3.30 | 1.88 | 1182 | 1217.6 | 1158.4 | |
450 | 23.3 | 1184 | 164.2 | 100.9 | 63.3 | 3.36 | 1.67 | 1082 | 1115.4 | 1014.0 | |
400 | 21.0 | 1145 | 156.3 | 95.9 | 60.4 | 3.44 | 1.46 | 1040 | 986.3 | 958.8 | |
350 | 18.5 | 1050 | 147.4 | 84.0 | 63.4 | 3.50 | 1.20 | 969 | 832.9 | 892.2 | |
300 | 15.5 | 880 | 142.6 | 68.8 | 73.8 | 3.53 | 1.02 | 878 | 770.0 | 772.0 |
图3:各负荷点下的节电率 |
此次600MW超超临界机组凝结水系统高压变频改造,新增变频设备安装布置在凝结水泵就近位置,节省了高压电缆和土建费用。冷却系统均采用密闭冷却结构设计,风路循环使用,粉尘小、环境稳定,受外界环境因素影响小,大大降低维修、维护人员的工作强度。
凝结水系统投入运行后各项测试性能指标良好,两个调整门截流噪音及震动明显减小,凝结水泵电机最大节电率可达50%,平均节电率为34.6%。除氧器上水压力由3.7MPa下降到1.2MPa,特别是低负荷的时候,凝结水泵电流由原来的200A最低降低到60A左右,节能效果十分明显,改造非常成功。
作者简介:朱东升,男,高级工程师,华能营口电厂生产部,主要从事电气专业技术管理工作。
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